В течение тридцати трех лет научная и преподавательская деятельность Елены Сергеевны была связана с ВВИА им. Н. Е. Жуковского. Работая в вычислительном бюро, Елена Сергеевна руководила недавними выпускниками школ, делавшими вычисления на арифмометрах. Задачей руководителя было таким образом организовать работу, чтобы вычислители, действуя по простым алгоритмам, могли быстро и достаточно точно рассчитывать заданные величины, и при этом возможные ошибки вычислений (человеческий фактор) не должны были влиять на окончательные результаты.

Одновременно с руководством вычислительным бюро Елена Сергеевна начинает преподавать в академии — с 1939 года ассистентом, с 1940-го — преподавателем. В 1941 году академия была эвакуирована в Свердловск. В тя­желых условиях эвакуации на плечи Е. С. легла забота о муже, троих детях и Ольге Дмитриевне, вывезенной из блокадного Ленинграда (Сергей Федорович умер во время блокады). В этих труднейших обстоятельствах Елена Сергеевна продолжала заниматься научной работой и в 1944 году защитила кандидатскую диссертацию. Из воспоминаний А. А. Раскиной: «Я [рассказывала Е. С.] писала кандидатскую диссертацию во время войны, на кухне, ночью, при свете свечи»26.

В 1947 году Е. С. Вентцель перешла на должность старшего преподавателя. Через десять лет после кандидатской защиты она стала доктором техниче­ских наук (в числе оппонентов был академик А. Н. Колмогоров27) и вскоре после докторской защиты была избрана профессором. В 1955 году Е. С. Вен­т­цель получила аттестат профессора по кафедре воздушной стрельбы.

У слушателей академии остались яркие воспоминания о лекциях Елены Сергеевны, отличавшихся ясностью и продуманной последовательностью изложения, образностью и юмором.

В первый период исследовательской деятельности научные интересы Е. С. Вентцель были сосредоточены на применении вероятностных методов в целях повышения точности воздушной стрельбы и бомбометания, а также совершенствования способов пристрелки авиационного вооружения.

В послевоенные годы научная работа Елены Сергеевны была связана с объективной оценкой эффективности различных видов вооружения, боеприпасов и способов организации огневых средств при стрельбе по летящим объектам. При этом возникали две проблемы — организация испытаний и обработка результатов испытаний. По предложению академика А. Н. Колмогорова за критерий эффективности ПВО была взята вероятность поражения воздушной цели, вычисляемая с помощью распределения вероятностей точек разрыва снаряда в окрестности цели и условных вероятностей уничтожения цели, зависящих от точки, в которой произойдет этот разрыв28. Е. С. Вентцель входила в группу военных специалистов, организованную Евгением Васильевичем Золотовым29 (в повести «За проходной» он послужил прототипом Мегатонны) для практической реализации подхода Колмогорова. Эта работа потребовала многомесячных выездов на полигоны и кропотливых, а порой и небезопасных экспериментов. Елена Сергеевна лично участвовала в таких испытаниях, и она, единственная женщина среди множества мужчин-офицеров, не терялась в самых сложных ситуациях и при этом еще всегда была женственна и элегантна. «Я всю жизнь жила под давлением одной и той же мысли: „Не быть хуже мужчин! Не отстать от них, чего бы это не стоило!” Эта идея не помешала мне вовремя выйти замуж, родить троих детей, но все это было как бы аккомпанементом к моей подлинной жизни. Она была — в „Деле”, как я его теперь понимаю. Быть в жизни равной с мужчинами, кое в чем даже превосходить их — вот что было моим флагом, девизом моей юности, зрелости, отчасти поздних лет»30.

В дальнейшем Елена Сергеевна занималась более общими вопросами тактики воздушного боя и способами организации средств ПВО. В Соединенных Штатах к решению насущных задач ВВС были привлечены крупнейшие математики, собранные в исследовательской организации «RAND Corporation». В процессе этой работы сформировался цикл прикладных математических дисциплин, объединенных названием «исследование операций» . Профессор И. Б. Погожев так описывает эту ситуацию: «Книгу Ф. Морз, Д. Кимбелл „Методы исследования операций” [М., „Советское радио”, 1956] перевел с английского друг Е. С. Вентцель — ИгорьАндреевич Полетаев . Он же дал к ней важные свои комментарии. Использование названия книги для обозначения нашего нового научного направления было связано с не­отразимым аргументом эпохигонки вооружений:„У американцев это уже есть, надо и нам от них не отстать” . Известно, что и американцы в подобных ситуациях поступали так же»31. Именно в эту область сместились научные интересы Е. С. Вентцель.

Уже с 1941 года Елена Сергеевна начала свои научные публикации, многие из которых проходили под грифом «секретно». Кроме статей в научных изданиях в 1961 году вышла монография Е. С. Вентцель, Ю. Х. Мильграма, Я. М. Лихтерова, И. В. Худякова «Основы теории боевой эффективности и исследования операций». Издавались также учебные пособия, первым из которых в 1947 году был учебник «Воздушная стрельба» объемом в 35 печатных листов (в соавторстве с Б. В. Вороновым и Ю. А. Кочетковым). Но на­и­большую известность Е. С. Вентцель принесла ее «Теория вероятностей», и по сей день остающаяся непревзойденным руководством для инженеров и студентов. После нескольких внутренних изданий ВВИА в 1958 году эта книга была выпущена «Физматгизом» и стала доступна широкому кругу читателей. С тех пор на русском языке регулярно выходят переиздания этого замечательного учебника. Книга была переведена на немецкий, польский, французский, испанский и английский языки.

«Думаю, популярность моих учебников и монографий связана с тем, что они написаны, так сказать, „пером романиста”»32.

Прежде всего надо отметить язык книги. Ясный и живой русский язык, прозрачные и динамичные фразы притягивают читателя и подчиняют его авторской воле. «Пишет так, что ее не только люди, но и начальство понимает», — говорил один из сослуживцев Елены Сергеевны. Другим важнейшим обстоятельством является точное знание психологии человека, впервые систематически изучающего теорию вероятностей. Такое впечатление, что автор все время слышит вопросы, возникающие у читателя, и тут же отвечает на них. Еще одна особенность книги. Многие математические труды построены так, что первые главы содержат только вспомогательные утверждения, а основ­ные факты излагаются в самом конце. Поэтому частичное или выборочное изучение материала лишено смысла. Прервав на любой главе изучение «Теории вероятностей» Е. С. Вентцель, читатель остается с законченной суммой знаний определенного уровня.

За счет своеобразной структуры и большого числа содержательных примеров учебник исподволь приучает читателя к методологии практического применения вероятностных методов.

Само отношение Е. С. к теории вероятностей и ее приложениям можно описать фразой Пьера Симона Лапласа33: «Вероятность — это уточненный здравый смысл».

Большой отклик в инженерной среде нашли работы Е. С. Вентцель по исследованию операций, особенно книга «Исследование операций» (1972), суммирующая цикл работ по линейной оптимизации, динамическому программированию, теории игр, теории массового обслуживания и смежным вопросам.

После выхода в свет первого издания «Теории вероятностей» в ВВИА потянулся поток инженеров для консультаций по приложениям теории вероятностей в конкретных инженерных задачах. Желающих проконсультироваться было так много, что коллеги Елены Сергеевны не в шутку задумывались о введении дополнительной ставки преподавателя-консультанта для работы с инженерами.

Общее мнение инженерно-технической общественности прекрасно выражено в частном письме военно-морского инженера Н. В. Лапцевича: «Не хочу никого обижать, но ее учебники по теории вероятностей и исследованию операций воспринимались мной, в ряду других пособий в этих областях, как живые, с богатой кроной деревья среди серого сухостоя. Они принадлежат к тем, к сожалению, очень редким шедеврам, прорабатывая которые испытываешь не натужные усилия вникнуть в смысл прочитанного, а радость узнавания и чувство благодарности автору… Именно Елене Сергеевне я обязан тем, пусть немногим, чем я владею в этих областях».